選煤廠煤泥壓濾系統智能化改造

王 喆

(山西西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦選煤廠， 山西 興縣 033602)

斜溝煤礦選煤廠為礦井型選煤廠，位于山西省呂梁市興縣魏家灘鎮，設計處理能力為15.0 Mt/a，采用全重介分選工藝，其中150～50 mm塊煤采用重介淺槽分選；50～1.5 mm末煤采用有壓兩產品重介旋流器主、再選；1.5～0.25 mm粒級粗煤泥采用TCS粗煤泥分選機分選；細煤泥直接脫水回收[1].

斜溝煤礦選煤廠生產規模大，壓濾煤泥產率達8%左右，壓濾系統包括快開壓濾機、濃縮機底流泵、壓濾入料緩沖桶、壓濾機入料泵等設備，夜班壓濾煤泥板數多達200板，生產時，需要專人現場觀測煤泥水桶液位，手動開啟濃縮機底流泵。人工判斷、干預壓濾機開起臺數和濾板卸料，工作量較大。整個壓濾系統崗位配備人員多達3人，且勞動強度大，無法保證生產效率最大化。為降低人力資源成本、提高生產效率，斜溝煤礦選煤廠依托先進的集中控制系統, 結合快開壓濾機單機自動化水平高的特點, 對煤泥壓濾系統的各個環節進行智能化改造。

1 改造目標

斜溝煤礦選煤廠壓濾系統改造將壓濾機單機自動控制變為壓濾系統的壓濾機、煤泥收集刮板運輸機、壓濾機入料泵、濃縮底流泵均接入壓濾系統智能化控制，引入手持式平板電腦(PAD)控制設備運行，通過控制程序實現如下功能[2]：

1) 通過PAD監控壓濾機運行狀態和各項狀態參數。2) 通過PAD操作壓濾機自動或手動運行，可以脫離現場控制柜操作壓濾機。3) 可以實現濃縮機底流泵根據煤泥水桶料位自動啟停，為壓濾機系統自動補料。4) 利用壓濾機入料泵電流判斷壓濾進料過程結束時間，實現自動循環卸料。5) 實現后臺設置排隊機制，避免2臺以上壓濾機同時卸料導致下游皮帶運輸機物料堆積、灑料，避免因瞬時煤泥摻入量過大導致混煤膨倉或裝卸車困難，提高混煤產品均質化程度。

2 智能化改造技術內容

2.1 壓濾機單機自動化接入

1) 建立壓濾機同智能化系統后臺的通訊聯系，壓濾機自動控制流程[3]見圖1. 將壓濾機松開、取板、拉板、壓緊、保壓、進料等顯示的壓濾機運行狀態納入通訊系統，可以讀取壓濾機狀態信息以及對壓濾機進行控制。通訊系統具有手動/自動、程序啟動、進料結束、吹風、暫停、故障復位、刮板連鎖等壓濾機的操作控制功能(具備遠程寫入功能，如PAD端操作和集控后臺操作)，同時在執行寫入命令時增加是否寫入成功的反饋，寫入不成功無反饋時進行再寫入，確保命令執行到位。

圖1 壓濾機自動控制流程圖

2) 在每臺壓濾機現場控制柜上增加遠程/就地旋鈕，遠程即將控制權限交給智能壓濾系統，PAD端；為了避免在智能控制功能失效且無法在短時間內恢復的情況下，可以就地應急控制，就地控制保持現場控制柜的操作模式，PAD無法控制。

2.2 建立智能壓濾系統和現集中控制系統的通訊

通過現有可編程邏輯控制器(PLC)監控濃縮機電流、底流泵運行頻率和電流、壓濾入料緩沖桶液位、壓濾入料泵電流、壓濾煤泥收集刮板運輸機運行狀態等。這些狀態信息作為判斷壓濾系統中各設備運行情況的參數，提供了對系統進行智能控制調節的依據。

2.3 建立濃縮機底流泵的智能控制

將壓濾機入料緩沖桶液位、濃縮機運行電流與底流泵的啟停進行閉鎖關聯，實現壓濾入料緩沖桶低液位時，優先啟動電流高的濃縮機的底流泵進行補料。

1) 多臺底流泵輪換啟停的判斷條件：設定濃縮機正常工作的電流閾值(不同濃縮機現場電流不同，可通過人為設置和機器學習自動調節)，將濃縮機實際電流與設定閾值作差得出相對電流值，原則為電流相對高的底流泵可判斷為底流濃度最大，隨之啟動，為了防止過于頻繁的啟停切換，設定啟停條件觸發后延時執行。

2) 當壓濾機入料桶達到低液位閾值時，相對電流高的濃縮機的底流泵先開啟，如果液位仍繼續下降至低于設定低位值時，視為一臺底流泵不能滿足供料需求，同時開啟另外一臺底流泵，當兩臺底流泵同時運行，液位上漲至高液位閾值時，濃縮機耙電流相對低的濃縮機底流泵先停止，如果液位仍上漲至高于設定高液位時，底流泵全部停止。

閉鎖條件：在集控且自動的狀態下；滿足入料桶液位低啟、高停條件；相對電流值最高且滿足延時條件。

2.4 壓濾機的智能控制

在壓濾機自動程序的基礎上進行智能化完善，通過進料結束的“滴水不成線”狀態與入料泵電流波動的幅度對應關系設置進料結束時機，通過對電流變化的監控判斷進料結束，通過排隊程序判斷多臺壓濾機自動執行排隊卸料，通過入料時間智能判斷入料濃度，智能建議增加或減少壓濾機開啟臺數，最終實現自動循環工作。壓濾系統控制框架圖見圖2.在PAD上可以設置壓濾機的狀態，PAD端壓濾機實時狀態截屏見圖3.

圖2 壓濾系統控制框架圖

圖3 PAD端壓濾機實時狀態截屏

1) 自動結束進料判斷邏輯。

壓濾機進料有“自動”與“手動”設置，當選擇“自動”時可進行勾選是否進行二次確認，二次確認出現彈窗，顯示當前入料泵電流值及曲線、入料時間。

當壓濾機處于智能狀態且“進料”運行時，壓濾機入料泵電流達到設定的絕對電流值(設定值可通過人為設置和機器學習自動調節)，系統后臺自動觸發“進料結束”命令。

2) 自動排隊卸料判斷邏輯。

當壓濾機處于智能狀態下時，可在PAD界面選擇允許同時卸料的壓濾機臺數。當壓濾機運行狀態由“吹風”轉為“循環等待”時，將該壓濾機列入排隊卸料隊列，由進入隊列的時間先后為序進行排列，排名在允許卸料臺數之內的，由軟件后臺自動觸發“程序啟動”命令，當按自動的流程執行至壓緊環節(后臺監測到壓緊狀態時)，將該壓濾機退出排隊隊列，后續的排序向前遞進，以此類推，實現排隊卸料。如果允許n臺同時卸料，那么第n+1臺要執行卸料準備，即自動觸發“程序啟動”命令，待由“松開”狀態轉為“取板”狀態時，由軟件后臺給出“暫停”命令，當該壓濾機滿足卸料條件時取消“暫停”，繼續執行“取板”。

表1 智能化改造前后壓濾煤泥生產效率對比表

3 改造效果

改造完成后，系統運行中底流泵啟停、入料緩沖桶液位均無需人為監控，壓濾機進料結束和排隊卸料均由PAD識別和自動控制，提高了壓濾系統的運行效率，降低了職工工作強度。對比2015年未改造前和2018年改造后壓濾系統實際生產一段時間的煤泥生產效率，見表1. 通過對比發現，改造后，噸煤板數提高了3.3×10-4板/t原煤，壓濾系統生產效率提升15.4%. 壓濾系統生產效率提升后，全廠大系統生產過程中的煤泥產率也隨之提高，通過增加洗混煤中煤泥摻混比，提高了煤泥經濟價值，創造了較好的效益；大系統停車后的濃縮池煤泥水濃度顯著降低，停車后的壓濾煤泥板數減少，緩解了煤泥外排和儲存壓力；同時，智能化改造后，兩套壓濾系統操作人員由之前6人減少到4人。

4 結 語

隨著現代科學技術的發展, 選煤行業的生產已經開始從自動化提高逐步向信息化、智能化的方向邁進。本文所述是智能化選煤廠應用場景中智能裝備和控制在現場工藝優化、流程精細化的一處改造應用，直接體現在了部分減員提效上，可以看到智能化在選煤廠生產過程中能起到十分積極地提升，而從智能化選煤廠所要求的精準分離和精細化管理的更高要求上，本次未涉及，這些還需要在之后的選煤廠“智能化選煤廠”建設中，從生產過程中信息和數據的獲取、大數據的建立和分析、生產參數和過程的預測優化、“智能化生產管理”等一系列智能化進程中進一步研究、探討。